番茄茄红素β-环化酶基因高效沉默载体构建

番茄茄红素是番茄果实中含量最多的一种类胡萝卜素,也是植物类胡萝卜素代谢过程中的一个重要中间产物。它的环化是在茄红素β-环化酶(Lyc-b)和茄红素ε-环化酶(Lyc-e)催化下完成的,其中茄红素β-环化酶在番茄茄红素转变为β-胡萝卜素的过程中起主要作用。我们利用RT-PCR方法从番茄叶片中克隆出Lyc-b基因,将PCR产物与pGEM-T载体连接后进行测序,扩增的DNA序列与发表的茄红素β-环化酶序列一致。以此为模板,克隆了400bp左右的目的片段,利用Gateway系统构建Lyc-b基因目的片段的pJawoh18-2b ihpRNA表达载体。经PCR与酶切鉴定的阳性克隆转化农杆菌LBA1100,利用农杆菌叶盘法转化番茄获得了抗性愈伤及再生苗,以检测ihpRNA沉默载体能否降低茄红素β-环化酶基因表达,并为进一步了解该基因在番茄类胡萝卜素代谢过程中的作用奠定基础。这些数据未在本文列出。

构建番茄红素β/ε环化酶基因RNAi植物表达载体及其表达分析

根据GenBank中Lyc-β基因(X86452)及Lyc-ε基因(Y14387)设计引物,通过高保真PCR从番茄cDNA中克隆到两段长度为302和330bp的Lyc-β基因片段和两段长度为302和288bp的Lyc-ε基因片段。从质粒pCAMBIA-2301(AF234316)克隆出gusA基因长度为168和235bp的2个内含子片段。根据RNAi原理将正、反向序列与内含子连接,之后插入启动子与终止子之间构建成4组植物表达载体。利用农杆菌介导的叶盘法转化烟草植株,通过PCR鉴定共获得107株转基因植株。利用荧光定量PCR分析干扰效果,结果显示经4组干扰载体干扰后,转基因植株中目的基因mRNA含量分别为对照的3.4%、16.4%、15.2%和21.8%。进一步用HPLC对应分析转化株的番茄红素含量,结果表明转基因植株中番茄红素平均增长量分别为3.4、2.1、3.4和2.0μg/g。同时测定转基因植株中的β-胡萝卜素与叶黄素含量,发现它们根据干扰的基因不同呈现对应的变化。

红肉脐橙番茄红素β-环化酶基因的克隆及其在大肠杆菌中的功能表达

以‘红肉脐橙’(Citrussinensis Osbeck ‘Cara Cara’)果实中分离的mRNA为模板,经RT-PCR扩增到约1.6kb的番茄红素β-环化酶(lycopene β-cyclase,Lcyb)cDNA片段。序列分析表明,该cDNA长1654bp,包含两个转录本Lcyb1和Lcyb2,最大开放读码框均为1512bp,可编码504个氨基酸。通过PCR方法获得红肉脐橙Lcyb1和Lcyb2cDNA编码区全长,构建了Lcyb1和Lcyb2的原核表达载体pET-CitL-cyb1和pET-CitLcyb2,并通过颜色互补试验证实表达的融合蛋白6×His-Lcyb1和6×His-Lcyb2均可将番茄红素转化为β-胡萝卜素。

黄秋葵番茄红素β-环化酶LCYB基因的克隆与分析

应用RT-PCR和RACE技术克隆得到cDNA全长1797 bp的黄秋葵(Hibiscus esculentus L.)番茄红素β-环化酶基因LCYB,开放阅读框(ORF)包含1509个碱基;预测编码503个氨基酸,理论分子量(Mw)为56.288 kD,等电点(p I)为4.577;编码的蛋白与陆地棉(Gossypium hirsutum L.)、黄麻(Corchorus capsularis L.)和可可(Theobroma cacao L.)同源蛋白的相似性均在88%以上,显示其高度的保守性,将基因命名为HeLCYB,GenBank登录号为:KX257998。Motif Scan分析显示,蛋白氨基酸序列88~481位为HeLCYB保守结构域,并在88~113位含有1个FAD结合域。通过荧光定量PCR分析表明,HeLCYB基因在黄秋葵根、茎、叶、花和果荚中均有表达;叶片生长中以成熟叶中表达最高,果实发育中以花后7d高表达。建立与优化了黄秋葵类胡萝卜素超高效液相检测体系,结果显示黄秋葵中主要含有β-胡萝卜素和叶黄素。β-胡萝卜素在成熟叶中含量最高,果实以花后7 d含量最高,与HeLCYB基因的表达呈正相关。本研究揭示了HeLCYB基因表达和类胡萝卜素积累的特性,为开展黄秋葵类胡萝卜素分子调控机制研究奠定了基础。

谷子类胡萝卜素生物合成途径中番茄红素β-环化酶基因的克隆

利用降落PCR的方法 ,从谷子基因组中获得lcy b基因。全序列分析表明 ,其开放阅读框为 1782bp ,编码的蛋白由 5 94个氨基酸组成 ,分子质量为 6 772 4u。将获得的谷子lcy b基因序列与已发表的其他植物lcy b基因序列比较 ,发现所得到的基因序列与单子叶植物黄水仙的同源性明显高于与双子叶植物的同源性。蛋白质序列比较发现中部和尾部的部分区段内氨基酸同源性较高 ,且都存在FLYAMP序列和FAD/NAD(P)结合区等植物LCY B的特征序列。Southern杂交结果表明 ,lcy b在基因组中以单拷贝存在。

类胡萝卜素代谢途径中相关番茄红素环化酶的功能

番茄红素环化是其生物合成途径中的一个关键分支点。自然界存在两类氨基酸序列不相关的番茄红素环化酶,其中单体型环化酶在成环的化学机理,底物特异性和活性,蛋白特征及氨基酸序列保守性等方面的存在相似性,包括G-细菌的番茄红素环化酶CrtY,蓝藻的CrtL,以及绿藻和植物的Lyc-B/E及相关的Ccs和Nsy。另一类异二聚体型番茄红素环化酶则存在于G+细菌,古生菌和真菌中,其催化机理和需要的辅因子尚待进一步证实。

万寿菊番茄红素β-环化酶基因及其启动子克隆和功能分析

【目的】克隆万寿菊番茄红素β-环化酶基因和其启动子,进行生物学信息分析,并预测启动子功能,为万寿菊类胡萝卜素的代谢机制和叶黄素含量的调控提供参考依据。【方法】通过RT-PCR技术从万寿菊总RNA中克隆得到TeLCYb的cDNA序列;应用生物学方法分析其DNA序列及其编码蛋白质序列特征,使用DNAMAN和在线软件Box Shade对其氨基酸序列同源性比对分析,并利用MEGA6.0构建进化树,分析其亲缘关系;根据其cDNA序列利用FPNI-PCR法克隆其启动子序列,利用Plant Care在线数据库分析万寿菊TeLCYb启动子调控元件,构建启动子缺失表达载体pTeLCYb(-1969)∷GUS和pTeLCYb(-1140)∷GUS,利用农杆菌介导法侵染烟草,以GUS为报告基因研究不同调控元件的活性。【结果】从万寿菊中成功克隆TeLCYb,生物信息学分析发现,其全长共1 865 bp,开放阅读框为1 527 bp,编码508个氨基酸,氨基酸序列同源比对结果表明其与西洋蒲公英和菊花的同源性最高,且具有LCYb蛋白质特有的保守功能位点和特征多肽序列,在进化上与菊科单独聚为一枝。在已知基因序列的基础上获得长度为1 806 bp的TeLCYb启动子序列,生物学信息分析表明:该启动子除包含核心启动子元件TATA-box、CAAT-box外,还含有多种光应答元件和激素响应元件,其中光响应元件有13个,激素响应元件有5个,此外还具有MYBHv1结合位点元件、耐热响应元件、生理调控作用元件等顺式调控元件。GUS化学组织染色结果显示不同长度启动子均能够驱动GUS在茎、叶、花药及柱头中表达,但不同组织GUS染色蓝色斑点深度不同,其中花器官中花药和柱头中GUS酶活性最强;相对于启动子pTeLCYb(-1969),pTeLCYb(-1140)启动子还能够驱动GUS在根、叶和花萼中特异性表达,且各组织中GUS酶活性明显强于启动子pTeLCYb(-1969)的GUS化学组织染色结果。【结论】不同长度TeLCYb启动子均能驱动下游GUS的表达,但启动子的作用部位和作用强度存在差异,推测在ATG上游1 140 bp和164 bp区间的光响应元件可能具有增强子的功能,而全长启动子特有的激素响应元件和热响应元件可能具有抑制或降低启动子功能的作用。

巴氏杜氏藻番茄红素β-环化酶基因的克隆及其启动子的活性分析

杜氏盐藻是迄今为止工业化生产β-胡萝卜素最成功的经济微藻之一,番茄红素β-环化酶(LycB)是催化番茄红素合成β-胡萝卜素的关键酶。本研究根据实验室克隆得到的LycB的cDNA序列,通过分析其保守序列设计引物,通过分段克隆PCR及基因组步移的方法,克隆获得几乎完整的LycB基因组序列。测序结果表明,克隆到的该部分LycB基因组序列含有5863 bp,由11个外显子和10个内含子组成。再通过基因组步移的方法,获得LycB基因启动子和终止子序列。其中,5’端上游序列长度为2566 bp,3’端下游序列长度为818 bp。采用PlantPAN在线启动子预测工具进行分析,结果表明,该基因启动子含有一些顺式作用元件如光响应元件、盐响应元件等,表明巴氏杜氏藻LycB基因的表达可能受到光照及盐浓度等因素的调控。

番茄红素β-环化酶基因(LcyB)启动子调控LcyB RNAi双元载体构建

根据番茄基因组DNA序列信息设计引物进行PCR扩增了Micro-Tom中番茄红素β-环化酶(Lycopeneβ-cyclase,Lcy B)基因起始密码子上游1 534 bp启动子区域序列(Lcy Bp),生物信息学分析表明,该启动子序列中存在TATA-盒、CAAT-盒、昼夜节律响应元件Circadian、光响应元件Box I、真菌激发子响应元件Box-W1、低温响应元件LTR、响应赤霉素的作用元件P-box、乙烯响应元件ERE、响应生长素的作用元件TGA-element等顺式作用元件.依据番茄Lcy B基因序列,设计2对含有不同酶切位点的特异引物进行PCR扩增Lcy B基因3’端特异的276 bp DNA片段,利用RNAi载体p KANNIBAL构建了"Lcy B启动子-Lcy B基因正义片段(Sense)-PDK内含子-Lcy B基因反义片段(Antisense)-OCS终止子"的RNAi表达框,并将这一RNAi表达框插入植物双元表达载体p ART27的Not I位点,构建成本研究的Lcy B启动子驱动的Lcy B基因RNAi植物双元表达载体p ART-Lcy Bp-RNAi-Lcy B.为利用RNAi技术特异性敲除Lcy B基因进而提高番茄果实中番茄红素含量奠定实验基础.

番茄红素环化酶基因片段克隆及反义表达载体构建

根据已知的番茄红素环化酶基因,即β环化酶基因和ε环化酶基因的保守序列设计特异性引物。提取番茄叶片的RNA,经RT-PCR反应,扩增出723 bp和569 bp的目的片段,将它们分别连接到pEASY-T1 Cloning Vector上,测序鉴定其正确性。克隆到载体上的β环化酶基因用BamHⅠ和SmaⅠ双酶切,将基因反向插入PROK2表达载体上,构建PROK2-LYCb反义表达载体。同样连接到克隆载体上的ε环化酶基因用BamHⅠ和XbaⅠ双酶切,将基因反向插入PROK2表达载体上,构建PROK2-LYCe反义表达载体。

番茄红素环化酶基因shRNA真核表达质粒的构建及鉴定

目的利用RNA干扰技术,构建靶向番茄红素环化酶基因(CarR)的干扰质粒,为选择性抑制番茄红素环化酶活性以提高番茄红素产量,奠定基础。方法用DNA重组技术将针对三孢布拉氏霉菌CarR的不同部位所设计的3对shRNA序列克隆到真核表达质粒mU6 pro中,构建CarR shRNA表达质粒重组体mU6 CarR shRNA1、2、3,转化DH5а菌株扩增。提取质粒行酶切鉴定后,进行测序分析。结果3个CarR shRNA表达载体mU6 CarR shRNA1、2、3经限制性酶切及部分序列分析证明基因插入正确。结论成功构建了CarR shRNA表达载体mU6 CarR shRNA,重组体的成功构建为研究CarR靶向RNA干扰番茄红素的环化打下基础。

番茄红素β环化酶基因RNAi植物表达载体的构建及遗传转化

番茄红素是类胡萝卜素合成途径中重要的中间产物,本研究探讨了在番茄中通过RNAi手段提高番茄红素含量的依据,由Genbank中番茄红素β环化酶(Lyc-β)序列设计2对引物,通过高保真PCR扩增出2段Lyc-β基因的高度保守片段。根据RNAi的原理将该基因片段构建成为具有RNA干扰作用的植物表达载体,将该干扰载体通过农杆菌介导转化的叶盘法转入烟草中。经过PCR鉴定证明,干扰载体已经转入烟草中。

枇杷番茄红素β环化酶基因片段的克隆和序列分析

根据蔷薇科植物番茄红素β环化酶(LYC)基因的保守区序列,设计1对PCR引物,以枇杷基因组DNA为模板,采用PCR方法扩增长约300 bp的DNA片段,克隆入pMD-18T载体,测得该基因片段长312 bp,编码102个氨基酸,属于开放阅读框的一部分,不含内含子。在GenBank中进行同源性检索表明该序列与苹果番茄红素β环化酶基因同源性为97%,由此推测这个基因属于枇杷番茄红素β环化酶基因。

环化酶阻断剂对三孢布拉氏霉菌发酵生产番茄红素的影响

番茄红素具有良好的抗氧化活性,在清除自由基、抗癌、抗炎和预防心血管系统疾病等方面都表现出良好的功效。采用微生物发酵的方法,选择三孢布拉氏霉菌作为发酵菌株,加入环化酶阻断剂来提高三孢布拉氏霉菌发酵生产番茄红素的产量。以番茄红素产量作为筛选指标,对比4种环化酶阻断剂(2-氨基-6-甲基吡啶、2,6-二甲基吡啶、2-甲基咪唑和2-异丙基咪唑)对番茄红素产量的影响,选出最优环化酶阻断剂,在单因素的基础上进行正交试验优化。结果表明:与未添加环化酶阻断剂相比,添加环化酶阻断剂在一定程度上提高了番茄红素的产量,同时以2-氨基-6-甲基吡啶作为阻断剂,添加量0.5 g/L时番茄红素产量最高,故选择2-氨基-6-甲基吡啶进行正交试验;三孢布拉氏霉菌最优发酵条件为2-氨基-6-甲基吡啶的添加量0.4 g/L,发酵42 h时添加,发酵时间144 h,在此条件下,菌体生物量由39.88 g/L变为38.85 g/L,番茄红素产量由7.18 mg/L提高至498.59 mg/L。环化酶阻断剂对三孢布拉氏霉菌发酵生产番茄红素产生积极影响,可显著提高其产量。

大白菜番茄红素β-环化酶基因 BrLCYB的鉴定与功能分析

本研究从大白菜中克隆了唯一的番茄红素β-环化酶基因(BrLCYB),编码序列长度为1482 bp,BrLCYB只在5′UTR所对应的基因序列中存在一个内含子,导致其转录后形成2种类型的转录本(BrLCYB-1和BrLCYB-2),其中BrLCYB-1类型占98.26%。BrLCYB广泛表达在多种器官中和整个胚胎发育阶段,其中在花和成熟胚胎中有着较高的表达。系统进化树显示,高等植物的LCYB起源于蓝藻,LCYB基因在进化过程中出现了内含子获得和内含子丢失事件,最终在高等植物的编码序列中丢失全部内含子。BrLCYB蛋白包含番茄红素β-环化酶结构域,为了进一步验证BrLCYB的功能,构建了pET-BrLCYB原核表达载体。pACCRT-EIB和pET-BrLCYB共转化到大肠埃希菌中,可使得大肠埃希菌富集橙黄色的β-胡萝卜素,证明大白菜BrLCYB具有番茄红素β-环化酶的催化功能。

四川和河南烤烟叶片番茄红素β环化酶基因的表达分析

为了探明四川和河南烤烟烟叶类胡萝卜素差异的分子机理,揭示同一品种烤烟在四川和河南产生不同香气风格的机理,采用半定量RT-PCR和Northern杂交方法检测了四川和河南烤烟现蕾期叶片中类胡萝卜素合成关键基因番茄红素β环化酶基因(Lyc-β)的表达水平,并用高效液相色谱法测定了同期烟叶中类胡萝卜素的含量。结果显示,四川烤烟现蕾期叶片中Lyc-β基因的表达水平显著高于河南的;四川烟叶的叶黄素和β胡萝卜素含量显著高于河南的。

番茄红素β-环化酶和新黄质合酶功能差异关键氨基酸的发掘

酶是天然存在的高效催化剂,长期的进化过程产生了诸多的同源酶,同源酶的序列相似高却有不同的功能,而导致功能差异的原因也倍受关注。类胡萝卜素合成过程中,番茄红素β-环化酶(lycopene β-cyclase,LCYB)和新黄质合酶(neoxanthin synthase,NSY)序列高度相似但对番茄红素的环化功能不同,且并未有研究报道导致环化差异的原因。因此该研究选用氨基酸序列相似性为88.2%的枸杞来源LyLCYB和番茄来源SoNSY为研究对象,通过将基因soNSY的片段替换为lyLCYB对应位置的片段构建不同的嵌合体基因,并且利用定点突变策略构建差异位点的点突变蛋白,将改造后的基因在大肠杆菌中异源表达,测定其番茄红素环化活性。最终发现了219位点是导致LyLCYB和SoNSY番茄红素β-环化功能差异的关键氨基酸,为进一步探究影响其他来源的LCYB和NSY功能差异提供了理论支持。

杜氏盐藻番茄红素ε-环化酶基因DsLYCE表达载体构建及其在烟草中瞬时表达分析

[目的]ε-环化酶(lycopeneε-cyclase,LYCE)可将番茄红素环化,并与番茄红素β-环化酶共同作用合成α-胡萝卜素,参与植物体内类胡萝卜素的合成途径。富含β-胡萝卜素的杜氏盐藻(Dunaliella Salina)LYCE功能还未解析。[方法]本文利用RT-PCR分离杜氏盐藻DsLYCE基因ORF,并克隆到植物表达载体pCAMBIA1303、构建DsLYCE组成型表达载体pCAMBIA1303-DsLYCE。通过农杆菌介导渗入法在烟草叶组织中瞬时表达DsLYCE,鉴定DsLYCE功能。[结果]烟叶生理生化分析显示,与野生型和空载体对照相比,DsLYCE瞬时表达的烟叶组织中类胡萝卜素积累显著提高(P<0.05),含量增加了24%。相似地,转DsLYCE基因的烟草叶片中叶绿素a和叶绿素b含量也明显高于野生型空载对照烟草。这表明杜氏盐藻DsLYCE基因异源表达不仅能促进宿主细胞类胡萝卜素的合成与积累,而且还可以改善宿主细胞的光合作用。[结论]本研究为深入解析杜氏盐藻DsLYCE参与类胡萝卜素生物合成的分子机制以及应用于其他植物的色素代谢遗传改良提供科学参考。

盐藻番茄红素β-环化酶全长cDNA的克隆及结构分析

杜氏盐藻是迄今为止工业化最成功的藻类之一,主要特征是能累积大量的β-胡萝卜素,是β-胡萝卜素最好的天然资源。番茄红素β-环化酶是催化番茄红素合成β-胡萝卜素的关键酶。为阐明该酶在盐藻中合成β-胡萝卜素的作用和调控过程,本研究采用RT-PCR结合半巢式PCR方法,首先分离一段包含辅因子黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)结合位点的保守序列,再利用3'RACE、5'RACE方法结合降落PCR,获得盐藻番茄红素β-环化酶(LycB)cDNA的两个末端。完整的cDNA全长2475bp,ORF长1824bp,编码607个氨基酸,其编码蛋白的分子量为67kD,等电点pI为8.45。经分析,盐藻番茄红素β-环化酶在系统进化上介于蓝藻和植物之间,但更靠近高等植物,故将此酶标记为LycB。

玉米番茄红素环化酶基因的克隆、表达及功能分析

从玉米中克隆获得β-环化酶(lycopene β-cyclase,LCYb)和ε-环化酶(lycopene ε-cyclase,LCYe)基因,对编码产物进行生物学信息分析,通过体外大肠杆菌表达系统,借助于颜色互补及产物分析实验,探究了玉米LCYb和LCYe的催化功能特性。序列分析结果显示,玉米LCYb和LCYe的cDNA全长分别1 470 bp和1 611 bp,与高粱和小米物种的同源性均在90%以上。通过与谷胱甘肽巯基转移酶标签融合表达,成功纯化出LCYe和LCYb蛋白。颜色互补实验及高效液相产物分析结果表明,玉米LCYb具有β-环催化活性,可将番茄红素两端环化形成β-胡萝卜素,同时也具有微量的ε-环活性,可以通过中间体γ-胡萝卜素生成α-胡萝卜素;而玉米LCYe具有双ε-环活性可以同时催化番茄红素两端形成ε-胡萝卜素。本研究揭示了玉米番茄红素环化酶的催化特性,为探究玉米类胡萝卜素分子调控机制奠定了基础。